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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturanalyse eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Testvorrichtung zur Strukturanalyse des Elektromotors.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren zur Strukturanalyse bekannt. Zum Beispiel können elektrische Fehler in der Wicklung durch eine Analyse eines Strom- und Spannungssignals erkannt werden. Unter anderem offenbart dazu die
EP 1387459 A1 ein Verfahren zur Fehlererkennung bei einer Antriebseinrichtung mit einem Mehrphasenelektromotor und einem dem Elektromotor nachgeschalteten Stromrichter, bei der der Stromrichter die Spannung an den einzelnen Phasen des Elektromotors steuert und die Phasenströme in den Phasen des Elektromotors jeweils periodisch verlaufen, wobei zur Fehlererkennung mehrere Phasenströme des Elektromotors an einem vorgegebenen Punkt der jeweiligen Periode bei gleichzeitiger Variation der zugehörigen Spannungen an den entsprechenden Phasen des Elektromotors gemessen werden und Messwerte der Phasenströme in Abhängigkeit von der Spannung an der entsprechenden Phase des Elektromotors ausgewertet werden.
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Durch diese Methode können also elektrische Fehler entdeckt werden, aber mechanische Fehler, wie beispielsweise lose Komponenten, können dadurch nicht erkannt werden. Aus dem Stand der Technik ist die sogenannte Impulshammermethode bekannt, die verwendet wird, um Fehler in mechanischen Komponenten festzustellen. Dabei wird das zu untersuchende Bauteil durch einen Schlag/Impuls mechanisch angeregt und das akustische Rücksignal ausgewertet.
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Dazu offenbart die
DE 19736021 B4 ein Verfahren zur Ermittlung von Schwingungsquellen, die den Geräuschpegel im Innenraum eines Fahrzeugs beeinflussen, wobei das Fahrzeug in einem Windkanal angeströmt wird und die an Außenhautbauteilen des Fahrzeugs unter der Wirkung des Fahrtwindes auftretenden Schwingamplituden gemessen werden, wobei ein Außenbauteil des Fahrzeugs, an dem unter der Wirkung des Fahrtwindes Schwingungen auftreten, durch einen mechanischen Schwingungserreger gezielt angeregt und der im Innenraum des Fahrzeugs hieraus entstehende Schallpegel gemessen wird. Ferner wird ein Impulshammer zur Schwingungsanregung verwendet. Diese herkömmliche Impulshammermethode ist aber nicht dafür geeignet, im Inneren des Elektromotors angewendet zu werden, da die Motorteile größtenteils unzugänglich sind.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll es möglich gemacht werden, mechanische Fehler eines Elektromotors, insbesondere im Inneren des Elektromotors, zu erkennen, ohne dass dieser ausgebaut werden muss und in seine Einzelteile zerlegt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Strukturanalyse eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, wobei der Elektromotor einen Stator und einen drehbar zu diesem Stator angeordneten Rotor aufweist, wobei in einem Schritt A ein mechanischer Drehimpuls auf den Rotor durch eine elektromagnetisch induzierte Anregung ausgelöst wird, wobei in einem Schritt B eine Systemantwort des Drehimpuls des Rotors von zumindest einem Sensor einer Testvorrichtung gemessen wird, wobei in einem Schritt C eine Recheneinheit der Testvorrichtung die Systemantwort verarbeitet, und wobei in einem Schritt D die Testvorrichtung über eine Ausgabeeinheit eine Analyse der Systemantwort zur Strukturanalyse des Elektromotors ausgibt.
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Dies hat den Vorteil, dass durch die mechanische Anregung aus dem Inneren des Motors hinaus auch unzugängliche Bauteile überprüft werden können. Es ist also auch möglich, den Elektromotor im zusammengebauten und eingebauten Zustand zu überprüfen. Dies ist insbesondere von Vorteil, da so auch lose Komponenten, die aufgrund einer fehlerhaften Montage entstanden sind, erfasst/entdeckt werden können. Außerdem spart es einen Großteil des Montageaufwands und der Montagezeit bei der Wartung ein, da der Motor nicht ausgebaut werden muss, sondern in betriebsbereitem Zustand getestet werden kann, was somit also eine kostengünstigere Möglichkeit zur Analyse der Struktur des Elektromotors darstellt.
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Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn nach dem Schritt A, etwa zuerst, der Schritt B, danach der Schritt C und dann, etwa zuletzt, der Schritt D ausgeführt wird. Gerade die Ausführung der Schritte in dieser Reihenfolge lässt eine besonders aussagekräftige Aussage bezüglich der Fehler in der Struktur des Elektromotors treffen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Systemantwort vibroakustisch ist. So können sowohl die akustischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die Frequenz, der Schalldruckpegel/die Lautstärke oder die Länge der Systemantwort, berücksichtigt werden, aber auch die Eigenschaften der zurückgegebenen Schwingungen zur Bewertung herangezogen werden.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn ein Körperschallsensor und/oder ein Mikrofon als Sensor verwendet werden/wird. Solche Sensoren sind vorteilhafterweise geeignet, um vibroakustische und/oder nur akustische Systemantworten zu erfassen. Insbesondere kann durch solche Sensoren die Frequenz der Systemantwort gemessen werden, die eine hohe Aussagekraft besitzt.
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Ferner ist von Vorteil, wenn die elektromagnetisch induzierte Anregung durch Einschalten und Ausschalten eines Spulenstroms erzeugt wird. Da der Elektromotor in seinem Betrieb dafür ausgelegt ist, durch Einschalten und Ausschalten des Spulenstroms in Rotation versetzt zu werden, ist es nicht notwendig, für die elektromagnetisch induzierte Anregung eine konstruktive Änderung an einem herkömmlichen Elektromotor vorzunehmen. Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren also zur Strukturanalyse des Elektromotors bei jedem herkömmlichen Elektromotor angewendet werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn durch das Einschalten und das Ausschalten des Spulenstroms ein internes Magnetfeld an dem Rotor aufgebaut und abgebaut wird. Es wird also vorteilhafterweise durch das Anschließen eines elektrischen Stroms eine Kraft, nämlich eine magnetische Kraft, aufgebaut, die auf den Rotor des Elektromotors wirkt.
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Dadurch, dass der Spulenstrom nur für eine verhältnismäßig kurze Zeit angeschaltet wird, baut sich das auf den Rotor wirkende Magnetfeld nach kurzer Zeit wieder ab. So wird also eine schnelle Änderung der Kraft, die auf den Rotor wirkt, erzielt, die dadurch als impulsartige Stimulation dient.
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Weiter bevorzugt kann der Spulenstrom mehrmals hintereinander ein- und ausgeschaltet werden. So kann vorteilhafterweise der Rotor über eine längere Zeit mit dem Wechsel von Kraftbeanspruchung und keiner Kraftbeanspruchung belastet werden und somit eine dauerhafte mechanische Stimulation erzielt werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn das Magnetfeld des Rotors mit dem Stator wechselwirkt und eine mechanische Stimulation des Elektromotors hervorruft. Der Rotor kann also kurzzeitig in Bewegung versetzt werden, dadurch dass ein Spulenstrom angelegt wird. Durch das Abreißen des Spulenstroms wird der Rotor nur ruckartig in Bewegung versetzt, was eine mechanische Stimulation des Elektromotors erwirkt. Durch das mehrmalige Hervorrufen des ruckartigen Bewegens des Rotors kann der Elektromotor über eine längere Zeit mehrmals mechanisch stimuliert werden, so als ob ein Impuls auf den Elektromotor übertragen wird. Vorteilhafterweise entsteht also diese mechanische Stimulation, ohne dass der Elektromotor durch eine äußere mechanische Kraft angeregt werden muss.
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Ein günstiges Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die mechanische Stimulation des Elektromotors eine Systemantwort hervorruft, die von dem Sensor der Testvorrichtung gemessen wird. Da die Systemantwort dann ausgewertet werden kann und Rückschlüsse auf die Struktur des Elektromotors gezogen werden können, ist es also möglich, eine Strukturanalyse des Elektromotors, die auch mechanische Fehler detektiert, durchzuführen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass eine Testvorrichtung zur Strukturanalyse des Elektromotors eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, mit zumindest einem Sensor der ausgelegt ist, um eine vibroakustische Systemantwort einer elektromagnetisch induzierten Drehimpulsanregung eines Rotors des Elektromotors zu messen, mit einer Recheneinheit, die ausgelegt ist, um die Systemantwort zur Strukturanalyse des Elektromotors zu verarbeiten, und mit einer Ausgabeeinheit, die ausgelegt ist, um die Analyse der Systemantwort zur Strukturanalyse des Elektromotors auszugeben.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Testvorrichtung und ein Verfahren zur Strukturanalyse von Elektromotoren durch mechanische Schwingungserregung. Die Motorwicklung wird mit einem Stromimpuls beaufschlagt, sodass der Rotor dadurch eine mechanische Drehimpulsanregung erfährt, die wiederum eine Systemantwort hervorruft. Diese Systemantwort kann analysiert werden und gibt Aufschluss über die Systembeschaffenheit des Elektromotors, sowohl im Inneren als auch im Äußeren. Der Elektromotor kann also auch an seinen unzugänglichen Teilen untersucht werden. Durch das Ein- und Ausschalten eines Spulenstroms wird also eine mechanische Anregung des Rotors erzeugt, da der Spulenstrom ein internes Magnetfeld aufbaut, das den mechanischen Impuls im Rotor-Stator-Gebilde erzeugt. Die vibroakustische Systemantwort wird mittels geeigneter Sensorik, beispielsweise durch einen Körperschallsensor oder ein Mikrofon, erfasst, sodass der Elektromotor auf mögliche mechanische Schäden, wie zum Beispiel lose oder nicht ausreichend befestigte Teile oder lose Bauelemente der Leistungselektronik, untersucht werden kann. Andere Anregungsmethoden können die inneren Teile des Motors nicht mechanisch anregen, da die Teile größtenteils unzugänglich sind. Der Motor kann also auch im zusammengebauten und eingebauten Zustand überprüft werden. Somit eignet sich dieses Verfahren als End-of-Life-Test (EoL-Test) oder als Servicemaßnahme für die Fehlerentdeckung in einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug.
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Die Erfindung wird mithilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Blockdarstellung von Schritten eines Verfahrens zur Strukturanalyse eines Elektromotors,
- 2 eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung des Verfahrens mit den Schritten in geordneter Reihenfolge, und
- 3 eine vereinfachte Flussdiagrammdarstellung des Verfahrens zur Strukturanalyse des Elektromotors mit einer Testvorrichtung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Verfahren 1 zur Strukturanalyse eines Elektromotors 2 eines Kraftfahrzeugs. Der Elektromotor 2 besitzt einen Stator 3 und einen drehbar zu diesem Stator 3 angeordneten Rotor 4. Das Verfahren 1 besteht aus mehreren Schritten. In einem Schritt A 5 wird ein mechanischer Drehimpuls 6 auf den Rotor durch eine elektromagnetisch induzierte Anregung 7 ausgelöst. In einem Schritt B 8 wird eine Systemantwort 9 des Drehimpulses 6 des Rotors 4 von zumindest einem Sensor 10 einer Testvorrichtung gemessen. In einem Schritt C 12 verarbeitet eine Recheneinheit 13 der Testvorrichtung 11 die Systemantwort 9. Und in einem Schritt D 14 gibt die Testvorrichtung 11 eine Analyse der Systemantwort 9 über eine Ausgabeeinheit 15 zur Strukturanalyse des Elektromotors 2 aus.
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2 zeigt die bevorzugte Reihenfolge der Schritte A, B, C und D 5, 8, 12 und14 des Verfahrens 1 zur Strukturanalyse. Dabei wird Schritt A 5 zuerst ausgeführt, danach folgt Schritt B 8. An dritter Stelle wird der Schritt C 12 ausgeführt und als Letztes wird der Schritt D 14 durchgeführt.
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3 stellt die Wirkzusammenhänge zwischen der Testvorrichtung 11 und dem Elektromotor 2 und der dazugehörigen Zwischenschritte dar. Die Testvorrichtung 11 weist den zumindest einen Sensor 10, die Recheneinheit 13 und die Ausgabeeinheit 15 auf. Der zumindest einen Sensor 10 ist als Körperschallsensor 16 oder als Mikrofon 17 ausgebildet. Der Elektromotor 2 weist den Stator 3 und den Rotor 4 auf. Durch Ein- und Ausschalten eines Spulenstroms 18 wird ein internes Magnetfeld, also die elektromagnetisch induzierte Anregung 7, an dem Rotor 4 des Elektromotors 2 erzeugt.
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Das Magnetfeld des Rotors wirkt mit dem Stator in einer Wechselwirkung zusammen, sodass der mechanische Drehimpuls 6 an dem Rotor 4 ausgelöst wird. Dieser mechanische Drehimpuls 6 ruft die Systemantwort 9 hervor, die wiederum von dem Sensor 10 der Testvorrichtung 11 erfasst wird. Die erfasste Systemantwort 9 wird von dem Sensor 10 an die Recheneinheit 13 der Testvorrichtung 11 weitergeleitet und dort verarbeitet. Die verarbeiteten Daten der Recheneinheit 13 werden an die Ausgabeeinheit 15 der Testvorrichtung 11 weitergeleitet und für einen Benutzer ausgegeben, sodass der Benutzer die Analyse der Systemantwort 9 zur Strukturanalyse des Elektromotors 2 verwenden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verfahren zur Strukturanalyse
- 2
- Elektromotor
- 3
- Stator
- 4
- Rotor
- 5
- Schritt A
- 6
- mechanischer Drehimpuls
- 7
- elektromagnetisch induzierte Anregung
- 8
- Schritt B
- 9
- Systemantwort
- 10
- Sensor
- 11
- Testvorrichtung
- 12
- Schritt C
- 13
- Recheneinheit
- 14
- Schritt D
- 15
- Ausgabeeinheit
- 16
- Körperschallsensor
- 17
- Mikrofon
- 18
- Spulenstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1387459 A1 [0002]
- DE 19736021 B4 [0004]
